钢筋混凝土材料目前仍是在工业及民用建筑中应用最为广泛的建筑材料。随着建筑结构形式日益复杂,有限元仿真逐渐成为研究钢筋混凝土结构性能的主要手段,然而对于大型建筑结构目前常用的有限元技术很难兼顾细节和整体的力学性能分析。本文从细观力学角度建立了考虑拉伸损伤的横观各向同性钢筋混凝土单胞模型,并采用自编USDFLD二次开发子程序对钢筋混凝土梁四点弯试验进行了模拟。全文主要研究内容和结论如下:(1)采用细观力学均匀化理论方法建立了考虑拉伸损伤的横观各向同性钢筋混凝土单胞分析模型。在未受损的弹性阶段,基于Mori-Tanaka理论得到了钢筋混凝土的各向等效弹性性能。随着钢筋混凝土单胞轴向拉应力不断增大,采用考虑随机开裂的ACK理论推导得到了混凝土开裂及界面脱粘后钢筋混凝土单胞的轴向等效性能,分析结果表明单胞轴向等效弹性性能随着混凝土的开裂而逐渐下降,开裂饱和后等效性能趋于稳定。此外,对单胞不同钢筋体分比下各向等效性能的参数分析表明,钢筋混凝土单胞弹性性能的理论分析模型比较合理。(2)基于钢筋混凝土单胞在轴向拉伸作用下的弹性性能损伤分析模型,编制了ABAQUS有限元分析平台下的USDFLD用户自定义场变量子程序。通过单一单元模型的单轴加卸载模拟,表明本文的损伤分析模型能够较好描述钢筋混凝土等效材料性能的拉伸损伤过程,不同轴向拉伸应力水平下的割线模量也与理论值吻合,表明该自定义场变量子程序USDFLD的合理性及有效性,证明了该弹性性能损伤分析模型的准确性。(3)制作了8根具有不同配筋形式的钢筋混凝土梁,并完成了梁的四点弯曲试验。试验结果表明,随着配筋率的增大,梁弹性阶段的弯曲刚度逐渐增大,极限荷载也随之提高。纵筋配筋率较低时梁的弯剪段承载力相对较强,梁在纯弯段呈现正截面破坏,裂缝主要出现于试验梁跨中纯弯段且与梁轴线基本垂直,最终跨中顶部混凝土被压碎。纵筋配筋率较高时梁的纯弯段承载力相对较强,梁在弯剪段呈现斜截面破坏,四点弯曲试验梁两侧的弯剪段斜裂缝发展丰富,最终主斜裂缝贯穿试验梁时构件发生破坏。(4)把受拉钢筋和周围的混凝土等效成横观各向同性体,采用钢筋混凝土单胞损伤分析模型和自编USDFLD子程序,建立了钢筋混凝土梁四点弯试验的有限元改进模型。对试验梁改进模型中相关的细观参数进行了敏感性分析,并与实测试验数据进行对比,给出了细观参数的合理取值范围。采用改进模型和典型的嵌入式模型分别对试验梁进行模拟,模拟结果从细观层面解释了四点弯试验下钢筋混凝土梁的细观破坏机制,与试验结果的对比验证了本文基于钢筋混凝土等效性能进行有限元模拟的有效性及准确性。